小浪底水库水质分析与预测

朱东方，赵开楼,2，白 泉

(1.河南应用技术职业学院，河南 郑州 450042；2.西北大学 现代分离科学研究所，陕西 西安 710069)

小浪底水利枢纽位于河南省洛阳市孟津县与济源市之间，三门峡水利枢纽下游130 km、河南省洛阳市以北40 km的黄河干流上，控制流域面积69.4万km2，占黄河流域面积的92.3%。是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程[1]，是治理开发黄河的关键性工程。小浪底水利枢纽是国家4A级旅游景区，河南省十大旅游热点景区，更被誉为“小千岛湖”。 因此研究小浪底水库水质随时间的变化规律，对水库水质保护，预防，治理污染以及黄河流域工农业的绿色发展都有着十分重要的意义。

1 实验设计

1.1 采样点布设及采样方法

采样点布设以及采样方法按《地表水和污水监测技术规范》(HJ-T91-2002)进行[2]。

1.2 水样分析方法

表1 主要指标分析方法Table 1 Main index analysis method

本文主要对pH值、总氮、总磷、高锰酸钾指数、化学需氧量和五日生化需氧量六个指标进行测试，其测试方法按照相应的国标规定进行(见表1)，得出的数据精度指数高，能满足本文分析需要。

2 小浪底水库水质分析

对水质的评价往往采取多个指标和级别标准来衡量，而每个指标的实测值与其相对应的级别标准相比，表现的参差不齐，因此，仅从某一两项指标来衡量水质既不科学也不准确，应该采取多指标综合评价的方法来衡量水质才是科学合理的，才能反映出水质的真实情况。我国水质污染以有机污染为主，通过多年对水质的检测资料分析，本研究拟选取测定的水质指标有pH值、总氮、总磷、化学需氧量、5日生物需氧量、溶解氧和氯化物。

2.1 pH值的月变化特征

pH是表征水溶液最重要的理化参数之一，其值直接反映了水质的污染程度，对水生生物也会产生重要的影响。pH值过高或过低都会影响水质的变化，进而影响到一系列的生态平衡。pH值随时间变化趋势如图 1所示。

图1 水质pH值月变化Fig.1 Monthly variation of pH in water quality

pH值影响因素很多，其中最主要的因素是污染物种类和温度，从图1中可以看出pH值变化趋势与水温(水温变化如图2所示)有一定的关系，总体趋势是随季节温度的升高而呈现下降的趋势，八月份测试水温为29.6℃，最高值，此时的pH值下降到最低值7.5，然后温度开始降低，水体pH值又开始逐渐上升。但总体来讲，pH值随季节变化不明显，均在8.0左右变动，没有出现太高或太低现象，说明pH值所反映出来的水质是良好的。

图2 水温pH值月变化Fig.2 Monthly variation of temperature in water quality

2.2 化学需氧量月变化特征

化学需氧量(COD)是反应水体受有机污染物污染程度的重要指标之一[3]。其随季节变化趋势如图3所示。水质化学需氧量呈季节性变化，整体来说，观测点的化学需氧量指数在12.2～13.9之间变化，其中1月2月COD指数呈现下降趋势，2月3月呈现上升趋势然后从3月到4月又呈现下降趋势，而从4月到7月却呈现不断上升的趋势，从7月开始到11月又总体保持下降的趋势，4月和11月分别达到最低值，从而说明4月份和11月份水体的有机污染物是最小的，而1月和7月COD指数达到最大值13.9，说明这两个月的水体有机污染物是最大的。但根据国标GB3838-2002[4],全年水质COD均小于15，达到了Ⅰ类水质标准。

图3 化学需氧量值月变化Fig.3 Monthly variation of COD in water quality

2.3 溶解氧月变化特征

水中溶解氧(DO)无论是对于水体生物的生存还是对于水体自净能力都有着非常重要的作用，也是衡量水体受有机污染程度的重要指标[5]，因此定期监测水中溶解氧是非常重要的。监测点水中溶解氧随季节变化趋势如图4所示，从1月到8月，DO主要呈现下降趋势，从二月份最高值8.95下降到8月份的5.65，然后到11月又呈现上升趋势达到6.9，对比图2水温变化图，发现，DO指数的变化趋势基本上与水温的变化趋势一致，这说明监测点水中溶解氧主要受自然环境水温的影响，而水中有机污染物较少，没有对水中溶解氧造成主要影响，但分析发现12月份水温是12.6℃，但其溶解氧却下降到了5.3，说明12月份水中溶解氧指数主要受水中有机污染物增加影响，而导致其水中溶解氧指数下降。根据国标GB3838-2002，只有1月、2月和3月的溶解氧指数达到了Ⅰ类水标准(≥7.5)，其余月份达到了Ⅱ类水标准。

图4 水中溶解氧值月变化Fig.4 Monthly variation of DO in water quality

2.4 总氮月变化特征

总氮(TN)主要用来衡量水体受营养物质污染程度，是表征水体受污染程度的主要指标之一[6]。对监测点进行监测，其随月份变化趋势如图5所示，从1月到7月，总氮基本趋于平稳状态，在5.4左右波动，处于一年当中的较高值段，根据国标GB3838-2002，大于Ⅴ类水(2.0)的指标，表明水体受营养物质污染比较严重，从7月到11月，总氮量趋于下降趋势，最低值下降到4.06，导致总氮减少的原因可能与降雨量增加，水体被稀释有关，另一方面这段时间也是处于农业施肥的低潮期，可能也减少了含氮物质的排放，但根据国标GB3838-2002，大于Ⅴ类水(2.0)的指标，水体仍然处于富营养化状态。

图5 水中总氮月变化Fig.5 Monthly variation of TN in water quality

2.5 总磷月变化特征

图6 水中总磷月变化Fig.6 Monthly variation of TP in water quality

含磷化合物也是造成水体富营养化的主要物质，其主要来源于生活污水、农业肥料和农药等。总磷(TN)是衡量水质受污染程度的主要指标之一[7]，对总磷进行监测，结果如图6所示，从1月到7月，总磷在0.075左右波动，但3月和7月总磷含量明显增加，3月份总磷值偏高可能与这一时段的农业施肥有关，而7月份天气变热，水分蒸发，导致总磷值偏高，从7月进入雨季，总磷值呈现下降趋势，直到12月，总磷值又开始升高，但根据国标GB3838-2002，全年水体水质总磷指标处于Ⅰ类和Ⅱ类水之间。另外，从图6可以看出，全年总磷的变化趋势基本与总氮的变化趋势是一致的，也说明了这两个指标的影响因素是相似的。

2.6 五日生化需氧量月变化特征

图7 水中五日生化需氧量月变化Fig.7 Monthly variation of BOD5 in water quality

五日生化需氧量(BOD5)是衡量水体受可被微生物分解的有机污染物污染程度的重要指标，对BOD5进行监测，结果如图7所示，从1月到2月BOD5是呈减小的趋势，2月更是达到了一年的最低值1.5，然而从2月到7月，监测显示BOD5呈现上升的趋势，且7月达到了全年最高值2.45，表明这五个月的水质受可被微生物分解的有机物的污染程度在逐渐增加，水质变差，从7月开始BOD5又呈现下降的趋势直到11月，下降到1.55，基本接近全年最低值，表明这四个月的水质在逐渐变好，到了12月BOD5又增加至2.25。但根据国标GB3838-2002，全年水体BOD5均小于3，说明全年BOD5指标均达到了Ⅰ类水指标。另外，全年水体BOD5对比总氮和总磷的变化趋势，发现BOD5、总氮和总磷在全年的变化趋势基本是一致的，这也表明从2月到7月，水体污染在不断地加重，从7月到11月，水体又趋向变好。

3 结语

本文对小浪底水库水质pH值、总氮、总磷、化学需氧量、溶解氧和五日生化需氧量等六个指标进行全年12次检测，对检测数据进行对比分析，结果显示从2月到7月水体的各项污染指标基本都成增加趋势，而从7月到11月呈现减小趋势，这说明前半年的水质在逐渐变差，分析原因主要存在两个影响因素，一是从2月到7月，雨水减少，同时温度增加，蒸发量增加，导致污染加重，而是这一时期正好是农业施肥高峰期，可能也对水体污染加重具有一定的贡献，而进入七月，降雨量增加，对水体稀释，而使水质逐渐向好。